Електричний генератор для вітряної електростанціїВітрогенератор своїми руками І частинаПри підборі генератора електричного струму для вітроелектростанції перш за все потрібно визначити частоту обертання вітроколеса. Розрахувати частоту обертання вітроколеса W (при навантаженні) можна за формулою: W=V/L*Z*60, де V — швидкість вітру, м/с; L — довжина кола, м; D — діаметр вітроколеса; Z — показник швидкохідності вітроколеса (див. табл. 2). Таблиця 2. Показник швидкохідності вітроколеса
Якщо в цю формулу підставити дані для вибраного вітроколеса діаметром 2 м і 6 лопатями, то отримаємо частоту обертання. Залежність частоти від швидкості вітру показано в табл. 3. Таблиця 3. Обороти вітроколеса діаметром 2 м з шістьма лопатями в залежності від швидкості вітру
Приймемо максимальну робочу швидкість вітру рівну 7-8 м/с. При більш сильному вітрі робота вітрогенератора буде небезпечною і повинна буде обмежуватися. Як ми вже визначили, при швидкості вітру 8 м/с максимальна потужність вибраної конструкції вітроелектростанції буде дорівнює 240 Вт, що відповідає частоті обертання вітроколеса 229 об/хв. Значить, потрібно підібрати генератор з відповідними характеристиками.
На щастя, часи тотального дефіциту «канули в Лету», і нам не доведеться за традицією пристосовувати автомобільний генератор від ВАЗ-2106 до вітряної електростанції. Проблема в тому, що такий автомобільний генератор, наприклад, Г-221 є високооборотним з номінальною частотою обертання від 1100 до 6000 об/хв. Виходить, без редуктора наше тихохідне вітроколесо ніяк не зможе розкрутити генератор до робочих оборотів. Робити редуктор до нашого «вітряка» ми не будемо, і тому підберемо інший тихохідний генератор, щоб закріпити вітроколесо просто на валу генератора. Найбільш підходящим для цього є веломотор, спеціально розроблений для мотор-колеса велосипедів. Такі веломотори має низькі робочі обороти, і можуть легко працювати в режимі генератора. Наявність постійних магнітів в цьому типі двигуна буде означати відсутності проблем з порушенням генератора як у випадку, наприклад, з асинхронними двигунами змінного струму, у яких, зазвичай, використовуються електромагніти (обмотка збудження). Без підживлення струмом обмотки збудження такий двигун не буде виробляти струм при обертанні. До того ж вельми приємна особливість веломоторов полягає в тому, що вони відносяться до безколекторним двигунів, а значить, не вимагають заміни щіток. У табл. 4 представлений приклад технічних характеристик веломотора потужністю 250 Вт Як бачимо з таблиці, цей веломотор відмінно підійде як генератор для «вітряка» потужністю 240 Вт і з максимальними оборотами вітроколеса 229 об/хв. Таблиця 4. Технічні характеристики веломотора потужністю 250 Вт
Виготовлення вітрогенератора своїми рукамиПісля того як придбаний генератор, можна приступати до складання вітрогенератора своїми руками. На малюнку зображено улаштування вітроелектростанції. Спосіб кріплення і розташування вузлів може бути іншим і залежить від індивідуальних можливостей конструктора, але потрібно дотримуватися розмірів основних вузлів на рис. 1. Ці розміри підібрані під дану вітряну електростанцію з урахуванням конструкції і розмірів вітроколеса.
Кріпити генератор слід на такій відстані, щоб мінімальна відстань між лопатями і щоглою було не менше 250 мм. В іншому випадку немає гарантій, що лопаті, прогнувшись під дією вітру і гіроскопічних сил, не розіб'ються об щоглу. Виготовлення лопатейВітряк своїми руками зазвичай починається з лопатей. Найбільш підходящим матеріалом для виготовлення лопатей тихохідного вітряка є пластик, точніше пластикова труба. Виготовити лопаті з пластикової труби найпростіше — невелика трудомісткість і важко помилитися новачкові. Також пластикові лопаті на відміну від дерев'яних гарантовано не покорежатся від вологи. Труба повинна бути з ПВХ діаметром 160 мм для напірного трубопроводу або каналізації, наприклад, SDR PN 6,3. У таких труб товщина стінки не менше 4 мм. Труби для безнапірної каналізації не підійдуть! Ці труби дуже тонкі і неміцні.
На фото зображено вітроколесо з розбився лопатями. Ці лопаті були виготовлені з тонкої ПВХ труби (для безнапірної каналізації). Вони прогнулися від тиску вітру і розбилися об щоглу.
Розрахунок оптимальної форми лопаті досить складний і немає необхідності його тут наводити, нехай ним займаються професіонали своєї справи. Нам же достатньо виготовити лопаті, використовуючи вже розрахований шаблон по рис. 2, на якому зображено розміри шаблону в міліметрах. Потрібно просто вирізати такий шаблон з паперу, далі прикласти до труби 160 мм, намалювати контур шаблону на трубі маркером і вирізати лопаті за допомогою електролобзика або вручну. Червоними точками на рис. 2 зображено орієнтовне розташування кріплень лопатей. У результаті у Вас повинно вийти шість лопатей, формою як на фотографії. Щоб отримані лопаті мали більш високий КВЕВ і менше видавали шуму при обертанні, потрібно сточити гострі кути і краю, а також відшліфувати всі шорсткі поверхні.
Для кріплення лопатей до корпусу веломотора потрібно використовувати головку вітродвигуна, яка представляє собою диск з м'якої сталі товщиною 6-10 мм. До нього приварені шість сталевих смуг товщиною 12 мм і монтажною довжиною 30 см з отворами для кріплення лопатей. Диск кріпиться до корпусу веломотора за допомогою болтів з контргайками за отвори під кріплення спиць.
Після виготовлення вітроколеса, його потрібно обов'язково відбалансувати. Для цього вітроколесо закріплюється на висоті в строго горизонтальному положенні. Бажано, це зробити в закритому приміщенні, де немає вітру. При збалансованому вітроколесі лопаті не повинні самовільно повертатися. Якщо ж якась лопать важче, її потрібно сточити з кінця до урівноваження в будь-якому положенні вітроколеса. Також потрібно перевірити чи обертаються всі лопаті в одній площині. Для цього заміряється відстань від кінця нижньої лопаті до якогось найближчого предмета. Потім вітроколесо повертається і заміряється відстань від обраного предмета до інших лопатей. Відстань від всіх лопатей повинно бути в межах +/-2 мм. Якщо різниця більше, то перекіс потрібно усунути, підігнувши сталеву смугу до якої кріпиться лопать. Кріплення генератора (веломотора) до рамиОскільки генератор витримує великі навантаження, в тому числі і від гіроскопічних сил, його слід надійно закріпити. Сам веломотор має міцну вісь, оскільки використовується при великих навантаженнях. Так, його вісь повинна витримувати вагу дорослої людини при динамічних навантаженнях, що виникають при їзді на велосипеді. Але на рамі велосипеда веломотор кріпиться з двох сторін, а не з одного, як буде при роботі як генератора струму для вітряної електростанції. Тому вал потрібно кріпити до станини, що являє собою металеву деталь з різьбою для накручування на вал веломотора відповідного діаметру (D) і чотирма отворами для кріплення сталевими болтами М8 до рами.
Бажано, використовувати максимально велику довжину вільного кінця вала для кріплення. Щоб вал не прокручувався в станині, його потрібно закріпити гайкою з контршайбою. Станину найкраще виготовити з дюралюмінію.
Виготовлення струмоприймача і поворотного вузлаЯкщо до генератора просто прив'язати дроти, то рано чи пізно дроти перекрутяться при обертанні вітряка навколо осі і обірвуться. Щоб цього не сталося, потрібно застосувати рухливий контакт — струмоприймач, який складається з втулки, виготовленої з ізоляційного матеріалу (1), контактів (2) і щіток (3). Для захисту від опадів контакти струмоприймача повинні бути закриті. Вітрогенератор своїми руками І частина Як рухомий контакт краще всього використовувати мідно-графітові щітки від автомобільного стартера з плоскими пружинами.
Для того щоб вітряне колесо вітрогенератора могло повертатися за вітром, необхідно забезпечити рухоме з'єднання рами вітродвигуна з нерухомою щоглою. Підшипники розташовуються між опорною втулкою (8), яка через фланець з'єднується з трубою щогли за допомогою болтів і муфти (6), яка приварюється дугового зварювання (5) до рами (4). Щоб полегшити поворот, потрібен поворотний вузол з використанням підшипників (7) з внутрішнім діаметром не менше 60 мм. Найкраще підійдуть роликопідшипники, що краще сприймають осьові навантаження.
Захист вітряної електростанції від ураганного вітруМаксимальна швидкість вітру, при якій може експлуатуватися дана вітряна електростанція, складає 8-9 м/с. Якщо швидкість вітру більша, робота вітряної електростанції повинна обмежуватися. Звичайно, запропонований тип вітряка для виготовлення своїми руками тихохідний. Навряд чи лопаті розкрутяться до надзвичайно високих обертів, при яких вони зруйнуються. Але при занадто сильному вітрі тиск на хвіст оперення стає дуже значним, і при різкій зміні напрямку вітру вітрогенератор буде різко повертатися. Враховуючи ж, що лопаті при сильному вітрі швидко обертаються, то вітроколесо перетворюється у великий важкий гіроскоп, який противиться будь-яких поворотів. Саме тому між рамою і вітроколесом виникають значні навантаження, які зосереджуються на валу генератора. Відомо багато випадків, коли любителі будували вітрогенератори своїми руками без будь-якого захисту від ураганного вітру, і у них через значні гіроскопічних сил ламалися міцні осі автомобільних генераторів. Крім того, шестилопатеве вітроколесо діаметром 2 м володіє значним аеродинамічним опором, і при сильному вітрі буде значно навантажувати щоглу. Тому, щоб саморобний вітрогенератор служив довго і надійно, а вітроколесо не звалилося на голову перехожим, необхідно захищати його від ураганних вітрів. Найпростіше захистити вітряк за допомогою бічної лопаті. Це досить простий пристрій, що добре зарекомендував себе на практиці.
Коли швидкість вітру досягає 8 м/с, тиск на бічну лопать стає сильнішим, ніж зусилля пружини, і вітрогенератор починає складатися. При цьому вітряний потік починає набігати на лопаті під кутом, що обмежує потужність вітроколеса. При дуже сильному вітрі вітряк складається повністю, і лопаті встановлюються паралельно напрямку вітру, робота вітряка практично припиняється. Зверніть увагу, що хвіст оперення не пов'язаний з рамою жорстко, а обертається на шарнірі (5), який повинен бути виготовлений з конструкційної сталі і мати діаметр не менше 12 мм. Розміри бічної лопаті наведені на рис. 1. Саму бічну лопать і її оперення найкраще виготовити з профільної труби 20х40х2,5 мм і сталевого листа товщиною 1-2 мм. Як робочу пружину можна використовувати будь-які пружини з вуглецевої сталі із захисним цинковим покриттям. Головне, щоб у крайньому положенні зусилля пружини дорівнювало 12 кг, а в початковому положенні (коли вітряк ще не складається) — 6 кг. Для виготовлення розтяжки слід використовувати сталевий велосипедний трос, кінці троса загинаються в петлю, а вільні кінці закріплюються вісьмома витками мідної проволоки діаметром 1,5-2 мм і спаюються оловом.
Щогла вітрогенератораЯк щоглу для вітряної електростанції можна використовувати сталеву водопровідну трубу діаметром не менше 101-115 мм та мінімальної довжини 6-7 м за умови відносно відкритої місцевості, де на відстані 30 м не було б перешкод для вітру. Якщо ж вітряну електростанцію неможливо встановити на відкритому майданчику, то тут нічого не поробиш. Потрібно збільшувати висоту щогли так, щоб вітроколесо було хоча б на 1 м вище навколишніх перешкод (будинків, дерев), інакше вироблення електроенергії відчутно знизиться. Саму основу щогли слід встановлювати на бетонну площадку, щоб вона не продавлювалася в розмоклу грунті. Як розтяжки потрібно використовувати сталеві оцинковані монтажні троси, діаметром не менше 6 мм. Розтяжки кріпляться до щогли за допомогою хомута. У землі троси кріпляться до міцних сталевим кілочків (з труби, швелера, кутика і т.д.), які закопані в землю під кутом на повну глибину півтора метра. Ще краще, якщо вони додатково замонолічені біля основи бетоном.
Оскільки щогла в зборі з вітрогенератором має значну вагу, то для ручного встановлення потрібно використовувати противагу, що виготовлена з такої ж сталевої труби, як і щогла або дерев'яного бруса 100х100 мм з вантажем.
Електрична схема вітряної електростанціїНа малюнку зображено найпростішу схему зарядки акумуляторів: три виводи від генератора підключаються до трифазного випрямляча, який являє собою три діодних напівмоста, що підключені паралельно і об'єднані зіркою. Діоди повинні бути розраховані на мінімальну робочу напруга 50В і струм 20А. Так як максимальна робоча напруга від генератора дорівнюватиме 25-26 В, то виводи від випрямляча підключаються до двох батарей на 12 вольт, з'єднаних послідовно. При використанні такої найпростішої схеми зарядка акумуляторів відбувається в такий спосіб: при низькій напрузі менше 22В зарядка акумуляторів відбувається дуже слабо, оскільки струм обмежується внутрішнім опором акумуляторів. При швидкості вітру 7-8 м/с напруга генератора буде в межах 23-25В, і почнеться інтенсивний процес зарядки акумуляторів. При більш високій швидкості вітру робота вітрогенератора буде обмежуватися бічною лопаттю. Для захисту акумуляторних батарей (при аварійній роботі вітряної електростанції) від надмірного сильного струму в схемі має бути плавкий запобіжник, розрахований на максимальний струм 25А. Як бачите, ця проста схема має значний недолік — при тихому вітрі (4-6 м/с) акумуляторна батарея практично не буде заряджатися, але ж саме такі вітру найчастіше зустрічаються на рівнинній місцевості. Для того щоб заряджати акумуляторні батареї при несильному вітрі, потрібно використовувати контролер заряду, який підключається перед акумуляторними батареями. Контролер заряду буде автоматично перетворювати необхідну напругу, також контролер більш надійний, ніж плавкий запобіжник і попереджає перезаряд акумуляторів.
Щоб використовувати акумуляторні батареї для живлення побутової техніки, що розрахована на змінну напругу 220 В, необхідний додатковий інвертор для перетворення постійної напруги 24 В відповідної потужності, який підбирається в залежності від пікової потужності. Наприклад, якщо Ви будете підключати до інвертору освітлення, комп'ютер, холодильник, то цілком достатньо інвертора розрахованого на 600Вт, якщо ж плануєте хоч зрідка додатково користуватися електродрилем або дисковою пилкою (1500 Вт), то слід вибрати інвертор потужністю 2000 Вт
Струм від генератора досягає десятків ампер, тому для з'єднання всіх приладів в ланцюзі слід використовувати мідні дроти загальним перетином 3-4 мм2. Бажано ємність акумуляторних батарей взяти не менше 120А/год. Загальна ємність батарей буде залежати від середньої інтенсивності вітру в регіоні, а також від потужності і частоти підключається навантаження. Більш точно необхідна ємність буде відома в процесі експлуатації вітряної електростанції. Догляд за вітряної електростанцієюРозглянутий тихохідний вітрогенератор для виготовлення своїми руками, як правило, добре запускається при слабкому вітрі. Для нормальної роботи вітрогенератора вцілому потрібно дотримуватися таких правил: 1. Через два тижні після запуску опустити вітрогенератор при слабкому вітрі і перевірити всі кріплення. 2. Не менш ніж два рази на рік змащувати підшипники поворотного вузла і генератора. 3. При перших ознаках розбалансування вітроколеса (тремтіння лопатей при обертанні у встановленому за вітром положенні) вітрогенератор слід опустити і усунути несправність. 4. Раз на рік перевіряти щітки струмоприймача. 5. Фарбувати металеві деталі вітряної електростанції один раз в 2-3 року.
Джерело: http://ibud.ua/ua/statya/vetrogenerator-svoimi-rukami-100873 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Переглядів: 2154 | | | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Всього коментарів: 0 | |